具有集流环形支架的纽扣电池的制作方法

本实用新型涉及纽扣(或扣式)电池领域，特别是涉及一种具有集流环形支架的纽扣电池。

背景技术：

纽扣电池是高度与直径之比例小于1和径向横截面为圆形的微型电池。原则上凡是电化学电势具有差异的两种物质均可以作为潜在的纽扣电池的正负极活性物质，配合必要的其他材料即可装配出具有不同额定电压的纽扣电池。目前纽扣电池已经普遍应用在诸多工业控制电子设备和消费电子类产品中，尤其是额定电压是3V左右的纽扣电池，例如一次性锂锰纽扣电池、可充电锂锰纽扣电池，以及超级电容器纽扣电池等。日益小型化的电子产品，例如智能穿戴电子产品，对可充电纽扣电池提出了尺寸更小、容量更大、工作电压更高以及工作电流更大的要求。因此新型纽扣电池在材料技术和装配制造技术两个方面都需要革新和发展。当纽扣电池内腔比较深时，正负极中至少有一极的集流和引出是比较困难的，所以包括极耳和集流体的电接触和机械接触的处理，对保证电芯工作的可靠性和提高电池制造的成品率，意义重大，是装配制造技术革新的课题之一。

一般的，卷边封口的纽扣电池由正极壳、负极壳、塑料密封圈、集流体、电解液和电芯组成。电芯的具体形式由电池电化学材料体系、容量要求、放电倍率性能要求和制造能力等综合因素共同决定。通常，正极极片、隔膜和负极极片组成的序列组被卷绕或层叠，并施以必要的辅料而形成电芯，其中层叠的结构包括至少一个序列组。电芯填充在纽扣电池的内腔中，正负极电极与正负外壳的电气连接对于不同类型纽扣电池有不同的方式，而尽可能增大电芯在内腔中占据的体积比例是电池设计者追求的目标。在卷边封口式纽扣电池装配的最后阶段，正极壳开口边缘被压紧在负极壳周边的塑料密封圈上，三个配件紧密接触以实现电池密封。显而易见，纽扣电池的内腔基本上是由正负极壳和密封圈包围而成，当内腔被充分利用的时候，电芯正负极中至少有一极和极壳的电连接变得困难，尤其是内腔深度较大的时候。

技术实现要素：

基于此，本实用新型的目的之一在于提供一种新型的具有环形支架的纽扣电池，可克服电芯与极壳的电连接困难的问题。

一种具有集流环形支架的纽扣电池，包括第一极壳、第二极壳、绝缘密封圈和电芯体，所述第一极壳形成容置腔，所述第二极壳与所述第一极壳的开口结合以密封所述容置腔，所述绝缘密封圈设置在第二极壳的边缘处以电性隔绝第一极壳和第二极壳，所述电芯体设于所述容置腔内，还包括环形支架，所述环形支架位于所述电芯体与第一极壳之间，且环形支架的内侧周壁毗邻所述电芯体，所述电芯体借助第二极耳与第二极壳电性连接，所述电芯体借助第一极耳与第一极壳电性连接，所述环形支架抵接至少部分的第一极耳以加强所述第一极耳与第一极壳的连接强度。

在其中一个实施例中，所述第一极耳延伸至所述环形支架的底端与所述第一极壳之间，所述环形支架的底端抵接所述第一极耳。

在其中一个实施例中，所述第一极耳进一步延伸至所述环形支架的外侧周壁与所述第一极壳之间。

在其中一个实施例中，所述第一极壳为正极壳，所述第二极壳为负极壳，所述第一极耳为正极耳，所述第二极耳为负极耳，所述纽扣电池还包括与所述正极耳连接的铝箔，所述铝箔的一部分位于所述电芯体与正极壳之间，另一部分位于所述正极耳与正极壳之间。

在其中一个实施例中，所述环形支架的外侧周壁与所述第一极壳形成点接触、线接触或面接触。

在其中一个实施例中，所述环形支架为导电环形支架，或者所述环形支架为电绝缘环形支架。

在其中一个实施例中，所述环形支架为导电环形支架，所述第一极耳延伸至所述环形支架的内侧周壁与所述电芯体之间。

在其中一个实施例中，所述第一极耳进一步延伸至所述环形支架的顶端与所述绝缘密封圈之间并由所述环形支架的顶端与所述绝缘密封圈抵接。

在其中一个实施例中，所述环形支架为具有多孔结构的材质制成，所述环形支架的多孔结构的孔径为微米级或纳米级。

在其中一个实施例中，所述环形支架上还形成通孔，所述通孔的孔径为毫米级。

上述纽扣电池通过在内腔中设置环形支架，且环形支架抵接部分的极耳，以加强极耳与极壳之间的电连接，环形支架直接或间接起到集流体的作用，使电芯体的电极与金属外壳的电连接更为容易和有效。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的具有集流环形支架的纽扣电池的结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例的具有集流环形支架的纽扣电池的结构示意图；

图3为本实用新型第三实施例的具有集流环形支架的纽扣电池的结构示意图；

图4为本实用新型第四实施例的具有集流环形支架的纽扣电池的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供的具有集流环形支架的纽扣电池，包括正极壳、负极壳、绝缘密封圈和电芯体。正极壳、负极壳、绝缘密封圈共同形成容置腔，负极壳与正极壳的开口结合以密封所述容置腔，绝缘密封圈设置在正极壳和负极壳之间以电性隔绝正极壳和负极壳，电芯体设于容置腔内。所述纽扣电池还包括环形支架，所述环形支架位于电芯体与极壳之间，环形支架的内侧周壁毗邻电芯体，环形支架由导电材料或非导电材料制成。当环形支架由导电材料制成时，仅与正极壳、负极壳两者其一有电接触，而与另一极壳无电接触。环形支架的外侧周壁与相邻极壳之间的接触可以是点接触、线接触和面接触中的至少一种。换言之，环形支架的外侧周壁与相邻极壳之间可以形成空隙，也可以无空隙，但必有点接触、线接触和面接触中的至少一种接触方式。环形支架的本体材料可以是无孔结构，或孔径介于纳米至毫米级的多孔或泡沫结构。环形支架的内侧周壁和外侧周壁之间可以是实心结构，也可以是任何隧道类、通孔类结构，通孔的孔径为毫米级，也即环形支架的内侧周壁和外侧周壁之间的通孔结构，与环形支架的本体材料内的多孔结构，两者的孔径不在一个数量级上。环形支架在保障纽扣电池的结构强度的同时，还直接或间接充当了电芯体的其中一个电极的集流体的作用。电芯体的电极与环形支架的连接可以是点接触、线接触和面接触中的至少一种。

一般地，电芯体的正极和负极极片的电学引出采用的材质是铝、铜、镍、铝镍复合材料、铜镍复合材料、不锈钢带、锂、锂合金中的至少一种，表现出的几何特征可以是条、带、圆片中的至少一种。引出的加工方式包括自然引出、电阻焊、超声波焊、激光焊等。如果是通过焊接转接的，一般称该电学引出结构为极耳，本文中为便于说明，将未通过焊接转接的电学引出结构也称为极耳。为了说明电芯体中的正极、负极极片是如何实现与环形支架的点接触、线接触和面接触，将在以下实例中举例说明，可以理解这些实例不构成对相应接触方式的实现的限制。

如图1所示，本实用新型第一实施例提供的具有集流环形支架的纽扣电池，包括正极壳3、负极壳2、绝缘密封圈4、环形支架5和电芯体6。

所述正极壳3、负极壳2和绝缘密封圈4经过精密组合形成纽扣电池的内腔，环形支架5、电芯体6等则容置在内腔中。所述电芯体6可以是由正极极片、隔膜和负极极片组成的序列组经过卷绕或至少一次平面的层叠制成。所述电芯体6包含了电解质，电解质可以是液态、胶体或固体，所述电芯体的正负极片与正极壳3、负极壳2的电连接是各自通过特定形式的集流体或极耳以点接触、线接触、面接触方式中的至少一种实现的。一实施例中，所述电芯体6借助正极耳与正极壳3电性连接，所述电芯体6借助负极耳与负极壳2电性连接，而图1中未示出负极耳，但示出了正极耳7与正极壳3形成电连接。

具体的，所述正极壳3包括壳底和侧壁，壳底和侧壁共同围成一具有开口的容置腔。所述绝缘密封圈4设置在负极壳2的边缘处，所述负极壳2与所述正极壳3的开口结合以密封所述容置腔，且负极壳2与正极壳3之间通过绝缘密封圈4电性隔绝。绝缘密封圈4可由塑料制成。

在该实施例中，所述环形支架5为具有多孔结构的材质制成，所述环形支架5的多孔结构的孔径为微米级或纳米级。优选的，所述环形支架内的多孔结构的孔径小于100纳米。多孔结构的孔径可用气体吸附法或压汞法测定。所述环形支架5的内侧周壁毗邻所述电芯体6。所述环形支架5的外侧周壁毗邻所述正极壳3的侧壁的内表面。所述环形支架5的顶面毗邻所述绝缘密封圈4，所述环形支架5的底面毗邻所述正极壳3的壳底。所述环形支架5不但可以保障负极壳2与正极壳3在结合时不变形，还因其具有多孔结构而可充分利用电池内腔空间，用于存储电解液。

一实施例中，所述环形支架5的孔隙度不低于30％。孔隙度是指环形支架中所有孔隙(多孔结构)体积之和与所述环形支架的外观体积之比。一优选的实施例中，所述环形支架5的孔隙度为90％。一具体实施例中，可将低合金钢粉、发泡剂和固化剂均匀混合，轧制成型，然后在真空中加热经发泡、固化和烧结，制成孔隙度为90％的环形支架5。

另外的一些实施例中，所述环形支架5可为多孔金属纤维环形支架或泡沫金属环形支架。泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料。这些金属材料可以是铝、铝合金、镍、镍合金、不锈钢、钛中的一种。所述环形支架5还可以是由多种金属和合金以及难熔金属的碳化物、氮化物、硼化物和硅化物、含氟塑料等制成。

所述正极耳7的至少部分被所述环形支架5抵接，以此加强电芯体6与正极壳3之间的集流效果。图1所示的实施例中，所述正极耳7延伸至所述环形支架5的底端与所述正极壳3之间，所述环形支架5的底端抵接所述正极耳7。由于环形支架5的侧壁相对电池整体尺寸较小，因而可以近似认为正极耳7和环形支架5之间是以点接触或线接触实现连接。

上述列举出的环形支架5的材质均为导电材料，也即环形支架5为导电环形支架，但是应指出，由于该实施例中的环形支架5起到加强正极耳7与正极壳3之间的连接的作用，环形支架5只是间接起到集流体的作用，环形支架5也可以由非导电材料制成，也即所述环形支架5可以为电绝缘环形支架。

如图2所示，第二实施例提供的纽扣电池结构与图1所示结构类似，不同之处在于，所述电芯体6的正极耳7先与一铝箔8或铝片实现电连接，电连接的方式可以是点接触、线接触或面接触，可以是采用直接压紧接触，也可以是将铝箔8与正极耳7焊接，所述铝箔8的一部分位于所述电芯体6与正极壳3之间，另一部分位于所述正极耳7与正极壳3之间。位于所述正极耳7与正极壳3之间的所述另一部分则由所述环形支架5抵接，因而更加进一步的保障电芯体6与正极壳3之间的电连接。

如图3所示，第三实施例提供的纽扣电池结构与图1所示结构类似，不同之处在于，所述电芯体6的正极耳7进一步延伸至所述环形支架5的外侧周壁与所述正极壳3之间。通过延长正极耳7致使与正极壳3的壳底和侧壁以面接触的形式形成连接，再借助环形支架5的抵接，因而有效实现电芯体6与正极壳3之间的电连接。

如图4所示，第四实施例提供的纽扣电池结构与图1所示结构主要不同之处在于，所述正极耳7延伸至所述环形支架5的内侧周壁与所述电芯体6之间。由于正极耳7在电芯体6的底部与正极壳3之间的连接可以看成是点接触，为使电芯体6与正极壳3之间的连接有效度提升，该实施例中环形支架5优选为导电环形支架，因而延伸至所述环形支架5的内侧周壁与所述电芯体6之间的正极耳7均可以通过环形支架5间接与正极壳3的壳底和侧壁形成有效电连接，以保障电芯体6与正极壳3之间电连接的有效性。

进一步的，所述正极耳7还可延伸至所述环形支架5的顶端与所述绝缘密封圈4之间。

上述各实施例中，在具有铝箔8的实施例中，铝箔8始终设置在正极，即铝箔8与正极耳7、正极壳3连接，除此之外，图中标示为2的极壳既可以是正极壳，也可以是负极壳，相应的标示为3的极壳则与标示为2的极壳的极性相反。换言之，除具有铝箔8的实施例，其他实施例中正极壳3、负极壳2的极性可以对调，相应的、正极耳7和负极耳的极性也随之对调。

本实用新型利用环形支架提供一种纽扣电池的正负电极与金属外壳的电连接的实现方式，解决了具有较大内腔深度的电芯体的电极引出难题。

以下再结合几个不同的制作实例进一步说明上述纽扣电池的制作过程。

实例1

首先预制目标规格的负极壳2、正极壳3、和环形支架5，然后绝缘密封圈4被注塑在负极壳2周沿而组成套件。用业界成熟的锂离子电池卷芯工艺将铝基材锰酸锂正极极片、隔膜和铜基材碳负极极片卷制成带极耳的电芯，经过充分干燥后置入氩气保护真空手套箱，将负极耳焊接在负极壳2上，然后嵌入环形支架5，此时正极耳仍是自由端，注入定量电解液。按图1所示，正极耳7延伸至环形支架5的底端。最后用模具将正极壳3的开口边缘压合在绝缘密封圈4上形成纽扣电池。此时，正极耳7被紧压在环形支架5与正极壳3之间，实现了电芯体6正极与电池的正极壳3的电连接。正极耳7的真实厚度一般远远小于电池的外壳厚度，图1所示的极耳的厚度仅为方便说明问题而示意，其他图示中的尺寸也仅为示意，不构成对真实尺寸的限制。

实例2

大致与实例1中的操作相同，不同之处在于正极壳3圆形内腔表面事先铺设铝箔8或表面有导电材料膜层的铝箔。

实例3

与实例1不同的是，正极耳7经过环形支架5的底端，在环形支架5的外侧壁与正极壳3的内侧壁之间延伸至靠近绝缘密封圈4的位置，如图3中所示。

实例4

与实例1不同的是，正极耳7在电芯体6外侧壁和环形支架5的内侧壁之间延伸到环形支架5与绝缘密封圈4接触的位置，如图4所示。

上述所举实例仅示出纽扣电池结构的实现，所述的装配顺序和方式，电芯体涉及的材料种类及电芯体的制成方式、形状，并不构成对本实用新型的限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。